Lorsque la saison froide s’installe, la température commence à baisser. Tous les ruisseaux, lacs, étangs et même rivières se transforment en patinoires à des températures inférieures à zéro. Cependant, nombreux sont ceux qui ont remarqué que l’océan ne gèle pas à cette température. Quiconque est allé à la mer en hiver a probablement remarqué que l'eau ne gèle pas à la même température que sur les lacs.
Cela signifie que l'océan ne gèle jamais. Si vous regardez des photographies du pôle Nord ou Sud, vous remarquerez qu'à ces endroits il y a glace polaire. Si l’océan gèle dans ces régions, pourquoi la même chose ne se produit-elle pas dans d’autres endroits ?
Le point de congélation de l’eau douce est de 0° Celsius ou 32° Fahrenheit. La présence de sel dans l'eau abaisse le point de congélation. Plus l’eau est salée, plus le point de congélation est bas.
Lorsque l’eau douce gèle, les molécules d’eau constituées d’hydrogène et d’oxygène se lient pour former la structure cristalline de la glace. La présence de sel rend difficile la formation d’une telle substance par les molécules d’eau. Ainsi, le sel qui pénètre dans la structure de la molécule d'eau bloque la formation de glace. Le sel coupe également la glace, éliminant les molécules d'eau de la structure... la faisant ainsi fondre.
Lorsque les molécules de sel déplacent les molécules d’eau, le taux de congélation ralentit. C'est pourquoi le sel est souvent utilisé sur les routes verglacées. Cela rend le gel plus difficile et plus sûr pour les automobilistes.
Bien que la salinité de l’eau des océans varie, elle contient souvent environ 35 grammes de sel pour 1 000 unités d’eau conventionnelles. Ce fait abaisse le point de congélation eau de merà -1,8° Celsius et 28,8° Fahrenheit. Ainsi, l’eau de l’océan gèle, mais cela nécessite d’atteindre des températures plus basses.
Un autre facteur qui influence le gel de l’eau de mer est lié au mouvement. Contrairement à une étendue d’eau, les vagues océaniques sont en mouvement constant et il existe également des courants sous-marins. Cela aide l’eau à retenir la chaleur. En conséquence, ce n'est que dans les régions très froides, comme celles du Nord ou pôle Sud, en règle générale, une température suffisamment basse se forme pour pouvoir geler l'eau.
Il convient de noter que seule une petite partie de l’eau des océans gèle. Les molécules de sel coulent sous la surface de la glace. En conséquence, la glace polaire est de la glace d’eau douce qui peut fondre jusqu’à devenir boire de l'eau!
Environ 15 % des océans de la planète sont recouverts de glace marine pendant au moins une partie de l'année. Cela peut sembler peu, mais cette zone représente environ 10 millions de kilomètres carrés de glace marine.
Avec l'arrivée du froid, une fine croûte de glace se forme à la surface des lacs, conséquence de la baisse de la température de l'eau à valeurs négatives. Mais en hiver, lorsque la température de l'air descend en dessous de 30 degrés en dessous de zéro, une impressionnante couche de glace se forme à la surface des lacs, mais les grands lacs ne gèlent jamais complètement. Pourquoi cela arrive-t-il?
Il s’avère que lorsque la température de l’eau commence à baisser, des choses très intéressantes se produisent dans les plans d’eau fermés. L'eau douce, en raison de sa structure moléculaire unique, a sa densité maximale à une température de +4ºС. Et lorsque la température de l’eau continue de baisser, des couches de températures différentes se séparent dans le lac, formant une thermocline saisonnière.
L'eau avec une température de +1-2°C est toujours plus légère qu'une couche d'eau avec une température de +4°C située au fond. En raison de la faible circulation des masses d'eau (et on se souvient qu'il ne s'agit pas d'une rivière, mais d'un lac profond), un mélange actif et une égalisation de la température ne se produisent pas. Pour cette raison, l'eau avec une température d'environ +4 degrés est toujours située dans la partie inférieure du réservoir. Couche de glace croissante ou plus eau froide dans la partie supérieure du réservoir, le lac ne doit pas geler jusqu'au fond. Les poissons et autres organismes aquatiques continuent de vivre dans le lac sans craindre de se transformer en morceau de glace.
Bien entendu, cette règle ne fonctionne pas pour les petits lacs, et avec l'arrivée de températures négatives, ils peuvent geler jusqu'au fond. En règle générale, les poissons prudents quittent à l'avance ces lieux d'hivernage dangereux et se dirigent vers les rivières ou les lacs plus profonds voisins.
Avec l'arrivée du froid, une fine croûte de glace se forme à la surface des lacs, conséquence de la chute de la température de l'eau à des valeurs négatives. Mais en hiver, lorsque la température de l'air descend en dessous de 30 degrés en dessous de zéro, une impressionnante couche de glace se forme à la surface des lacs, mais les grands lacs ne gèlent jamais complètement. Pourquoi cela arrive-t-il?
Il s’avère que lorsque la température de l’eau commence à baisser, des choses très intéressantes se produisent dans les plans d’eau fermés. L'eau douce, en raison de sa structure moléculaire unique, a sa densité maximale à une température de +4ºС. Et lorsque la température de l’eau continue de baisser, des couches de températures différentes se séparent dans le lac, formant une thermocline saisonnière.
L'eau avec une température de +1-2°C est toujours plus légère qu'une couche d'eau avec une température de +4°C située au fond. En raison de la faible circulation des masses d'eau (et on se souvient qu'il ne s'agit pas d'une rivière, mais d'un lac profond), un mélange actif et une égalisation de la température ne se produisent pas. Pour cette raison, l'eau avec une température d'environ +4 degrés est toujours située dans la partie inférieure du réservoir. La couche de glace qui grandit progressivement et l'eau plus froide dans la partie supérieure du réservoir empêchent le lac de geler jusqu'au fond. Les poissons et autres organismes aquatiques continuent de vivre dans le lac sans craindre de se transformer en morceau de glace.
Bien entendu, cette règle ne fonctionne pas pour les petits lacs, et avec l'arrivée de températures négatives, ils peuvent geler jusqu'au fond. En règle générale, les poissons prudents quittent à l'avance ces lieux d'hivernage dangereux et se dirigent vers les rivières ou les lacs plus profonds voisins.
L'eau est une substance qui peut être observée dans trois états d'agrégation. Il peut geler et être de la glace solide, il se présente sous forme liquide et il est également présent sous forme de vapeur - non seulement dans les bains publics, mais aussi dans le ciel, sous forme de nuages. Cependant, dans le cadre de cet article, nous nous concentrerons sur son premier état, le solide.
L'eau gèle et forme des cristaux glace dure. La glace peut former plusieurs kilomètres de surfaces, recouvrant les rivières, les lacs et autres plans d’eau. En même temps, elle s'avère plus légère que l'eau liquide et est toujours au dessus. L'eau gèle en raison des températures plus basses.
Températures et état d'agrégation des substances
Plus la température est élevée, plus les molécules de toute substance sont éloignées les unes des autres. Leur éloignement les uns des autres entraîne un ramollissement de la substance, qui devient d'abord liquide puis complètement gazeuse. Ce processus est visible dans l’exemple du fer, qui fond dans un creuset et prend une forme liquide. Avec une forte augmentation de la température, il peut aussi devenir gazeux, c'est-à-dire s'évaporer, mais pour cela la température doit être très élevée.
L'eau à température ambiante normale est un liquide. À mesure que les températures augmentent, elle se transforme en vapeur et, à mesure que les températures baissent, elle se transforme en glace. Après tout, baisser la température a l’effet inverse sur les molécules : elles se rapprochent. Et lorsqu’ils se rapprochent, la substance devient plus dure et plus dense. Le même effet peut être obtenu en pressant mécaniquement n'importe quelle substance - elle deviendra plus dure, encore une fois en raison de la proximité des molécules.
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Que se passe-t-il lorsque les températures baissent ?
Lorsque l’eau est exposée à des températures froides, les molécules se rapprochent et forment des formes hexagonales. Bien entendu, ce sont des flocons de neige, qui sont des cristaux d’eau. Le refroidissement de l’eau et sa cristallisation sont en réalité des synonymes décrivant le même processus. L'eau commence à cristalliser à une température de 0 degré - c'est ce moment qui est considéré comme zéro sur l'échelle Celsius. Si l'on considère l'échelle Fahrenheit américaine, la solidification de l'eau se produira à 32 degrés.
Mais pour créer des cristaux d’eau, il faut une base, des impuretés ou des suspensions, grâce auxquelles ce processus démarre. Et si l'eau est absolument propre, un phénomène légèrement différent est observé ici - parfois elle ne gèle qu'à -40 degrés, et à zéro et à d'autres niveaux pas trop bas, elle reste liquide. Cependant, il ne gèle pas seulement dans état calme. Si vous le secouez à des températures inférieures à zéro, il se transformera immédiatement en glace.
Il existe de nombreux paradoxes associés à l’eau. Et en plus de la nuance déjà décrite ci-dessus, il faut noter que la glace prend plus de volume que eau liquide, c'est-à-dire qu'en gelant, cette substance se dilate, tandis que d'autres, au contraire, occupent moins de volume lorsqu'elles basses températures. C'est à l'expansion de l'eau lors de la formation de la glace qu'est associé l'éclatement des barils, tuyaux et autres objets laissés remplis d'eau pour l'hiver.
Au moment de la congélation, les molécules s'éloignent légèrement les unes des autres, ce qui donne cet effet. Et c’est ce facteur, ainsi que les bulles d’air gelées, qui rendent la glace flottante. S'il a coulé ou s'est formé à partir du fond, ni Être vivant ne pourrait pas survivre à l'hiver dans les réservoirs. Mais en se formant à la surface et en y restant, la glace, au contraire, retient la chaleur de l'eau et remplit une fonction protectrice en hiver, donnant aux animaux, aux plantes et aux poissons la possibilité d'hiverner et de survivre.
Automne profond. Les journées sont de plus en plus courtes. Le soleil apparaîtra pendant une minute derrière les gros nuages, glissera sur le sol avec son rayon oblique et disparaîtra à nouveau. Le vent froid se promène librement à travers les champs vides et les forêts nues, cherchant ailleurs une fleur survivante ou une feuille accrochée à une branche pour la cueillir, la soulever haut puis la jeter dans un fossé, un fossé ou un sillon. Le matin, les flaques d'eau sont déjà recouvertes de morceaux de glace croustillants. Seul l'étang profond ne veut toujours pas geler, et le vent ondule toujours sa surface grise. Mais maintenant, des flocons de neige duveteux ont commencé à clignoter. Ils tournent longtemps dans les airs, comme s'ils n'osaient pas tomber sur le sol froid et inhospitalier. L'hiver arrive.
Une fine croûte de glace, qui s'est formée pour la première fois près des rives de l'étang, se glisse au milieu vers des endroits plus profonds et bientôt toute la surface est recouverte de glace claire. Verre propre glace. Les gelées ont frappé et la glace est devenue épaisse, presque un mètre d'épaisseur. Mais le fond est encore loin. L'eau reste sous la glace même en cas de fortes gelées. Pourquoi un étang profond ne gèle-t-il pas jusqu'au fond ? Les habitants des réservoirs devraient être reconnaissants pour cette caractéristique de l'eau. Quelle est cette fonctionnalité ?
On sait que le forgeron chauffe d’abord le pneu en fer puis le pose sur la jante en bois de la roue. Au fur et à mesure que le pneu refroidit, il deviendra plus court et s'ajustera étroitement autour de la jante. Les rails ne sont jamais posés les uns à côté des autres, sinon, lorsqu'ils sont chauffés au soleil, ils se plieront définitivement. Si vous versez une bouteille pleine d’huile et la placez dans de l’eau tiède, l’huile débordera.
De ces exemples il ressort clairement que lorsqu’ils sont chauffés, les corps se dilatent ; Une fois refroidis, ils se contractent. Cela est vrai pour presque tous les corps, mais pour l’eau, cela ne peut être affirmé sans réserve. Contrairement à d’autres corps, l’eau se comporte d’une manière particulière lorsqu’elle est chauffée. Si, lorsqu'il est chauffé, un corps se dilate, cela signifie qu'il devient moins dense, car la même quantité de substance reste dans ce corps, mais son volume augmente. Lorsque l'on chauffe des liquides dans des récipients transparents, on peut observer comment des couches plus chaudes et donc moins denses montent du fond et comment les froides descendent. C'est d'ailleurs la base d'un appareil de chauffage de l'eau à circulation naturelle de l'eau. Au fur et à mesure que l'eau refroidit dans les radiateurs, elle devient plus dense, retombe et pénètre dans la chaudière, déplaçant vers le haut l'eau qui y est déjà chauffée et donc moins dense.
Un mouvement similaire se produit dans un étang. Cédant sa chaleur à l'air froid, l'eau se refroidit à la surface de l'étang et, étant plus dense, a tendance à couler vers le fond, déplaçant les couches inférieures chaudes et moins denses. Cependant, un tel mouvement ne se produira que jusqu'à ce que toute l'eau ait refroidi à plus 4 degrés. L'eau collectée au fond à une température de 4 degrés ne montera plus vers le haut, même si ses couches superficielles avaient une température plus basse. Pourquoi?
L'eau à 4 degrés a la densité la plus élevée. À toutes les autres températures - supérieures ou inférieures à 4 degrés - l'eau s'avère moins dense qu'à cette température.
C'est un des écarts de l'eau par rapport aux lois communes aux autres liquides, une de ses anomalies (une anomalie est un écart par rapport à la norme). En règle générale, la densité de tous les autres liquides, à partir du point de fusion, diminue lorsqu'elle est chauffée.
Que se passera-t-il ensuite lorsque l’étang se refroidira ? Les couches supérieures d’eau deviennent de moins en moins denses. Par conséquent, ils restent à la surface et à zéro degré se transforment en glace. À mesure qu'elle se refroidit, la croûte de glace se développe et, en dessous, il y a encore de l'eau liquide dont la température est comprise entre zéro et 4 degrés.
Ici, probablement, beaucoup de gens se posent une question : pourquoi le bord inférieur de la glace ne fond-il pas s'il est en contact avec de l'eau ? Parce que la couche d’eau qui est en contact direct avec le bord inférieur de la glace a une température de zéro degré. À cette température, la glace et l’eau existent simultanément. Pour que la glace se transforme en eau, il faut, comme nous le verrons plus tard, une quantité de chaleur importante. Mais cette chaleur n’est pas là. Une légère couche d’eau avec une température de zéro degré sépare les couches plus profondes d’eau chaude de la glace.
Mais imaginez maintenant que l’eau se comporte comme la plupart des autres liquides. Un léger gel suffirait, comme toutes les rivières, lacs, et peut-être mers du nord, pendant l'hiver, ils gelaient jusqu'au fond. De nombreuses créatures vivantes du royaume sous-marin seraient vouées à la mort.
Certes, si l'hiver est très long et rigoureux, de nombreux plans d'eau peu profonds peuvent geler jusqu'au fond. Mais sous nos latitudes, cela est extrêmement rare. La glace elle-même empêche l'eau de geler jusqu'au fond : elle conduit mal la chaleur et protège les couches inférieures d'eau du refroidissement.
